(57)【要約】【課題】鉄道用３相電動機の制御回路を、迅速かつ容易に試験することができる試験方法及び試験装置を提供すること。【解決手段】鉄道用３相電動機への各相ごとの制御信号を、運転席のノッチからの出力信号に基づいて出力する制御部と、前記制御部から出力された各相ごとの制御信号に基づいて前記鉄道用３相電動機を制御するインバータとを備える制御回路の試験方法であって、前記鉄道用３相電動機を駆動する電圧よりも小さく、かつ前記インバータを駆動する電圧よりも大きな試験電圧を、前記インバータに供給する電圧供給ステップと、前記電圧供給ステップによって、前記試験電圧を前記インバータに供給した状態で、前記鉄道用３相電動機に入力する制御信号を、前記各相ごとに検出する検出ステップと、前記検出ステップによって検出された各相ごとの制御信号に基づいて、前記制御回路の異常部位を判定する判定ステップとを含むことを特徴とする。【選択図】図１
2010017024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パンタグラフを介して供給される電力によって駆動される鉄道用３相電動機への各相ごとの制御信号を、運転席のノッチからの出力信号に基づいて出力する制御部と、前記制御部から出力された各相ごとの制御信号に基づいて前記鉄道用３相電動機を制御するインバータとを備える制御回路の試験方法であって、
前記鉄道用３相電動機を駆動する電圧よりも小さく、かつ前記インバータを駆動する電圧よりも大きな試験電圧を、前記インバータに供給する電圧供給ステップと、
前記電圧供給ステップによって、前記試験電圧を前記インバータに供給した状態で、前記鉄道用３相電動機に入力する制御信号を、前記各相ごとに検出する検出ステップと、
前記検出ステップによって検出された各相ごとの制御信号に基づいて、前記制御回路の異常部位を判定する判定ステップとを含むことを特徴とする試験方法。
【請求項２】
前記判定ステップにおいて、前記各相ごとの制御信号の波形のうち、前記各相のいずれかのみに異常が現れている場合には、前記制御部の出力よりも下流側の異常と判定し、
前記波形のうち、前記各相のすべてに異常が現れている場合には、前記制御部の出力よりも上流側の異常と判定することを特徴とする請求項１に記載の試験方法。
【請求項３】
パンタグラフを介して供給される電力によって駆動される鉄道用３相電動機への各相ごとの制御信号を、運転席のノッチからの出力信号に基づいて出力する制御部と、前記制御部から出力された各相ごとの制御信号に基づいて前記鉄道用３相電動機を制御するインバータとを備える制御回路の試験装置であって、
前記鉄道用３相電動機を駆動する電圧よりも小さく、かつ前記制御回路のスイッチを駆動する電圧よりも大きな試験電圧を、前記インバータに供給する電圧供給部と、
前記電圧供給部によって、前記試験電圧を前記インバータに供給した状態で、前記鉄道用３相電動機に入力する制御信号を、前記各相ごとに検出する検出部とを備えることを特徴とする試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道用３相電動機に接続される制御回路の試験方法及び試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道には、車両上面のパンタグラフと、このパンタグラフから電力が供給される鉄道用３相電動機と、運転席に設けられたノッチと、このノッチからの出力信号を受け付けて、鉄道用３相電動機の回転数を制御する制御回路とが備えられているのが一般的である。
そして、パンタグラフから鉄道用３相電動機に駆動電圧が供給された状態で、運転者がノッチを操作することによって出力された出力信号を制御回路が受け付けて、鉄道用３相電動機に制御信号を入力する。これにより、鉄道車両の発進、停止、走行速度が、コントロールされる。
【０００３】
ここで、鉄道に設けられた３相電動機が適正に駆動されるかどうかを調べるために、鉄道に設けられた状態で制御回路を試験すべき要請がある。
従来、制御回路を試験するための種々の試験装置が利用されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２０００−６９７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これらの試験装置は、小電圧によって駆動される負荷を対象にして利用されるものであり、１０００V以上の大電圧が供給される鉄道用３相電動機の制御回路に適用することはできない。
仮に、大電圧に対応する試験装置であったとしても、大電圧の扱いが困難であるだけでなく、試験のために鉄道を走らせる必要があるため、試験のための作業負担が大きくなってしまう。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、鉄道用３相電動機の制御回路を、迅速かつ容易に試験することができる試験方法及び試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、パンタグラフを介して供給される電力によって駆動される鉄道用３相電動機への各相ごとの制御信号を、運転席のノッチからの出力信号に基づいて出力する制御部と、前記制御部から出力された各相ごとの制御信号に基づいて前記鉄道用３相電動機を制御するインバータとを備える制御回路の試験方法であって、前記鉄道用３相電動機を駆動する電圧よりも小さく、かつ前記インバータを駆動する電圧よりも大きな試験電圧を、前記インバータに供給する電圧供給ステップと、前記電圧供給ステップによって、前記試験電圧を前記インバータに供給した状態で、前記鉄道用３相電動機に入力する制御信号を、前記各相ごとに検出する検出ステップと、前記検出ステップによって検出された各相ごとの制御信号に基づいて、前記制御回路の異常部位を判定する判定ステップとを含むことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、前記判定ステップにおいて、前記各相ごとの制御信号の波形のうち、前記各相のいずれかのみに異常が現れている場合には、前記制御部の出力よりも下流側の異常と判定し、前記波形のうち、前記各相のすべてに異常が現れている場合には、前記制御部の出力よりも上流側の異常と判定することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、パンタグラフを介して供給される電力によって駆動される鉄道用３相電動機への各相ごとの制御信号を、運転席のノッチからの出力信号に基づいて出力する制御部と、前記制御部から出力された各相ごとの制御信号に基づいて前記鉄道用３相電動機を制御するインバータとを備える制御回路の試験装置であって、前記鉄道用３相電動機を駆動する電圧よりも小さく、かつ前記制御回路のスイッチを駆動する電圧よりも大きな試験電圧を、前記インバータに供給する電圧供給部と、前記電圧供給部によって、前記試験電圧を前記インバータに供給した状態で、前記鉄道用３相電動機に入力する制御信号を、前記各相ごとに検出する検出部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電圧供給ステップによって試験電圧をインバータに供給した状態で、検出ステップによって、鉄道用３相電動機に入力する制御信号を各相ごとに検出し、この検出結果に基づいて、判定ステップによって制御回路の異常部位を判定することから、鉄道用３相電動機の制御回路を、迅速かつ容易に試験することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（実施形態）
以下、本発明の実施形態における試験方法及び試験装置について、図面を参照して説明する。
最初に、鉄道の車両に設けられた駆動系について説明する。
車両は、図１に示すように、架線から電力を受け取るパンタグラフ１と、このパンタグラフ１に接続された主変圧器２と、この主変圧器２に接続された電圧変換部３とを備えている。また、車両は、電圧変換部３に接続された一対のインバータ４，５と、これらインバータ４，５のそれぞれに接続されたモータ（鉄道用３相電動機）６とを備えている。
【００１１】
パンタグラフ１は、鉄道の上面に設けられて、架線からの電力を受け取り、主変圧器２に供給する。
主変圧器２は、パンタグラフ１からの電圧を受けて、所定の電圧値に調整し、調整後の電圧を電圧変換部３に供給する。
電圧変換部３は、交流を直流に変換するコンバータ部３１を備えている。コンバータ部３１は、主変圧器２から出力された電圧を整流して、直流電圧として出力する。そして、電圧変換部３は、直流電圧をインバータ４，５に出力する。
インバータ４，５は、直列接続された一対のパワートランジスタ４１，５１と、直列接続された一対のダイオード４２，５２とを備えている。これらパワートランジスタ４１，５１とダイオード４２，５２とは直列に接続されて１セットとされており、各相Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１及びＵ２，Ｖ２，Ｗ２ごとに１セットずつ接続されている。
モータ６は、３相電動機であり、インバータ４に１対接続され、インバータ５に１対接続されている。
【００１２】
次いで、図２を参照して、鉄道の車両に設けられた制御系（制御回路１００）について説明する。
制御回路１００は、運転席に設けられたノッチ７からの出力信号（ノッチ信号）を受け付ける制御部８と、この制御部８に接続されたベースアンプＢＡと、上述のインバータ４，５と、モータ６とを備えている。
制御部８は、ノッチ７の出力に接続された無接点制御装置８１と、この無接点制御装置８１に接続されたＥ／Ｏユニット８２とを備えている。
また、図３に示すように、無接点制御装置８１のＩＯＰカード（制御入力信号変換部）８１ａは、インタフェイスユニットＩＦを介して入力された、ノッチ７からの出力信号を受け付け、フォトカプラ回路などによりＤＣ５Ｖレベルに変換してマイコンに伝送する。
ＤＣ１０カード（ブレーキ信号入力回路）８１ｂは、制御に必要な応荷重信号、発電ブレーキ信号を入力して、ゲート制御部へ出力する。
ＤＣ１２カード（主回路帰還量検出部）８１ｃは、制御に必要な主回路帰還量（フィルタコンデンサ電圧、モータ電流、アーム電圧等）を受け、バッファ回路を通してインピーダンス変換を行う。また、ＤＣ１２カード８１ｃは、保護検出を行い、検出結果を保護論理回路へ伝送する。
【００１３】
ＡＩＩ２カード（アナログ入出力Ｉ／Ｆ回路）８１ｄ及びＡＯＩ２カード（アナログ入出力Ｉ／Ｆ回路）８１ｅは、ＤＣ１０カード８１ｂ及びＤＣ１２カード８１ｃにおいてインピーダンス変換されたアナログ信号を、Ａ／Ｄコンバータによってディジタル信号に変換し、マイコンに出力する。また、ＡＩＩ２カード８１ｄ及びＡＯＩ２カード８１ｅは、マイコン出力のディジタル信号をアナログ変換し、外部に出力する。
ＬＧ０９カード（保護論理回路）８１ｆは、ＤＣ１２カード８１ｃによって検出される保護検出器動作信号、又は、マイコンによって検出される同様の信号に基づいて、種々の条件を加えて、最終的な保護出力とする論理回路及びフォトカプラ回路などからなり、２４Ｖレベルの信号に変換する。
ＦＤ０１カード（パルスジェネレータ、Ｉ／Ｆ回路）８１ｇ及びＤＤ０３カード（パルスジェネレータ、Ｉ／Ｆ回路）８１ｈは、モータのＰＧ出力を入力し、フォトカプラ回路によって、パルス波形をＤＣ５Ｖレベルに変換し、パルスをカウントしてモータ周波数を演算する。また、ＦＤ０１カード８１ｇ及びＤＤ０３カード８１ｈは、ＰＧのＡ相、Ｂ相の位相差から回転方向を検知して、マイコンに出力する。
【００１４】
ＣＰＵ０カード（演算部）８１ｉ、ＣＰＵ１カード（演算部）８１ｊ、ＣＰＵ２カード（演算部）８１ｋは、外部からＩ／Ｆを介して入力される信号に基づいて、コンバータ、インバータを駆動する。
ＰＣ０４カード（ＰＷＭ変調回路）８１ｍは、各ＣＰＵカード８１ｉ，８１ｊ，８１ｋが演算した変調率、インバータ周波数、パルスモード信号から３相のＰＷＭ信号を発生させる。
ＧＰ０８カード（ゲートパルス発生回路）８１ｎは、ＰＣ０４カード８１ｍが発生させたＰＷＭ信号に基づいて、各素子のゲート信号を生成し、Ｅ／Ｏユニット８２に出力する。
【００１５】
また、図２に示すように、Ｅ／Ｏユニット８２は、無接点制御装置８１からの出力信号を受け付け、電気―光変換により、光信号に変換し、この光信号を制御信号として各相Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１及びＵ２，Ｖ２，Ｗ２のベースアンプＢＡに出力する。
ベースアンプＢＡは、Ｅ／Ｏユニット８２から出力された光信号を電気信号に変換し、所定の増幅を行って、制御信号として出力する。
インバータ４，５は、ベースアンプＢＡから出力された制御信号に基づいて、モータ６に供給する駆動電圧を制御して、モータ６の回転数を介して、車両の速度を制御する。
【００１６】
次いで、本発明における試験装置１０について説明する。
試験装置１０は、図４に示すように、インバータ４の出力に接続される入力部（検出部）１１と、インバータ５の出力に接続される入力部（検出部）１２と、試験結果などを表示する表示部（検出部）１３，１８とを備えている。また、試験装置１０は、インバータ４，５に試験電圧を出力する出力部（電圧供給部）１４と、外部商用電源（ＡＣ１００Ｖ）を入力する外部電源入力部１５と、本体電源及びインバータ電源のオンオフ操作を行う入力スイッチ１６と、試験電圧の電圧値の大小を調整する調整ダイヤル１７とを備えている。
【００１７】
入力部１１，１２は、インバータ４，５の各相Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１及びＵ２，Ｖ２，Ｗ２から出力されたインバータ出力信号（制御信号）を入力する。
表示部１３は、入力部１１，１２によって入力された各相Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１及びＵ２，Ｖ２，Ｗ２のインバータ出力信号の波形を表示する。また、表示部１８は、インバータ４，５に供給する試験中の周波数や電圧、電流を表示する。
出力部１４は、インバータ４，５の入力ｉｎ（図１に示す）に接続され、装置内蔵の電圧発生部（不図示）が発生させた試験電圧をインバータ４，５に出力する。なお、パワートランジスタ４１のコレクタ・エミッタ飽和電圧（温度Ｔｊ＝２５℃）は３．０Ｖであることから、インバータ４，５に６．０Ｖ以上の電圧を供給することにより、インバータ４，５に電流が流れる。したがって、試験電圧としては、６．０Ｖ以上となる。ただし、試験電圧は、インバータ４，５が駆動する最小限の電圧値を５Ｖとすると、５Ｖ〜１０Ｖの範囲であればよく、ここでは、特に９Ｖを供給するものとする。
調整ダイヤル１７は、操作者の回転操作により、出力部１４から出力される試験電圧の電圧値を５Ｖ〜１０Ｖに調整する。ここでは、上述のように、試験電圧９Ｖに調整される。
【００１８】
次に、このように構成された本実施形態における試験方法及び試験装置の作用について説明する。
まず、パンタグラフ１を介して列車に供給される駆動電力（主電源）をオフとした状態で、車庫内などにおいて停止した列車の駆動系、制御系に、試験装置１０を接続する。すなわち、インバータ４，５の出力と入力部１１，１２とを接続し、インバータ４，５の入力ｉｎと出力部１４とを接続する。
さらに、外部電源入力部１５を外部電源に接続する。この状態で入力スイッチ１６を介して、装置の主電源をオンにし、インバータ電源をオンにする。
そして、調整ダイヤル１７を操作して、試験電圧を９Ｖに設定する。
これにより、インバータ４，５に試験電圧９Ｖが供給される。そのため、インバータ４，５は駆動され、モータ６は駆動されない状態となる。なお、このとき試験電圧の周波数は、パンタグラフ１を介してモータ６に供給される実際の駆動電圧の周波数と同等に設定される。すなわち、試験電圧と実際の駆動電圧とでは、インバータ４，５に供給される電圧のうち、周波数が同じで、振幅のみが異なるものとなる。
【００１９】
この状態で、ノッチ７を操作することにより、無接点制御装置８１に出力信号が出力される。無接点制御装置８１は、ノッチ７から出力された出力信号を受け付け、所定の処理を施した後、Ｅ／Ｏユニット８２に出力信号を出力する。
Ｅ／Ｏユニット８２は、無接点制御装置８１から出力された出力信号を受け付けて、その出力信号を光信号に変換する。そして、Ｅ／Ｏユニット８２は、その光信号を制御信号として各相Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１及びＵ２，Ｖ２，Ｗ２のベースアンプＢＡに出力する。
ベースアンプＢＡは、Ｅ／Ｏユニット８２から出力された制御信号について、電気信号に変換し増幅させてインバータ４，５に出力する。インバータ４，５は、ベースアンプＢＡから出力された制御信号を受け付け、ＰＷＭ制御により、所定のインバータ出力信号をモータ６に出力する。
【００２０】
インバータ４，５から出力されたインバータ出力信号は、入力部１１，１２を介して、試験装置１０に入力される。そして、これらインバータ出力信号は、インバータ４，５ごとに、表示部１３に波形として表示される。
ここで、制御回路１００が正常に動作する場合には、図５に示すように、各相Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１及びＵ２，Ｖ２，Ｗ２の波形は、所定の周波数で、周期的に繰り返されたものとなる。
しかし、制御回路１００に異常がある場合には、インバータ出力信号の波形に異常が現れることになる。
例えば、図６に示すように、各相Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１及びＵ２，Ｖ２，Ｗ２のうちのいずれか一つの相（Ｖ１相）のみに異常が現れた場合、ノッチ７から制御部８の出力までは、正常と判定され、制御部８の出力から下流側（モータ６側）での異常であると判定することができる。すなわち、各相Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１及びＵ２，Ｖ２，Ｗ２のラインのうちＶ１相のラインの異常であると判定することができる。
【００２１】
一方、例えば図７に示すように、各相Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１及びＵ２，Ｖ２，Ｗ２のうち、複数相に周期的な不整脈（異常）が現れている場合には、制御部８の出力よりも上流側（ノッチ７側）での異常であると判定することができる。なお、上流側には、制御部８自身も含まれる。
さらに、制御部８のうち、無接点制御装置８１の異常が、以下のようにして判定される。
１）ＩＯＰカード８１ａに異常がある場合には、各相Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１及びＵ２，Ｖ２，Ｗ２の６本全てのグラフが異常を示すはずである。
したがって、図７の試験結果においては、今回の不整脈の原因には該当しない。
２）ＤＣ１０カード８１ｂ、ＤＣ１２カード８１ｃは、実際に走行する際の主回路の電流・電圧をセンシングするのに使用するカードであり、今回のように「空ノッチ」扱いをして試験をする場合には使用しないので、今回の不整脈の原因には該当しない。
３）ＦＤ０１カード８１ｇ、ＤＤ０３カード８１ｈは、実際に走行する際のモータの回転数をセンシングするのに使用するカードであり、今回のように「空ノッチ」扱いをして試験をする場合には使用しないので、今回の不整脈の原因には該当しない。
４）ＬＧ０９カード８１ｆは、実際に走行する際の各センサーからの異常を検出するのに使用するカードであり、今回のように「空ノッチ」扱いをして試験をする場合には使用しないので、今回の不整脈の原因には該当しない。
５）ＡＩＩ２カード８１ｄ、ＡＯＩ２カード８１ｅは、実際に走行する際にＤＣ１０８１ｂ及びＤＣ１２カード８１ｃからの信号を変換するのに使用するカードであり、今回のように「空ノッチ」扱いをして試験をする場合には使用しないので、今回の不整脈の原因には該当しない。
【００２２】
６）各ＣＰＵカード８１ｉ，８１ｊ，８１ｋは、変調率・インバータ周波数・パルスモードなどを演算するカードであるが、今回の異常では波長や振幅などに異常はないので、今回の不整脈の原因には該当しない。
７）ＰＣ０４カード８１ｍに異常があると、三相のＰＷＭ信号に異常が出るので、今回のように周期的に発生する不整脈の原因の可能性がある。
８）ＧＰ０８カード８１ｎに異常があると、ゲート信号に異常が出るので、今回のように周期的に発生する不整脈の原因の可能性がある。
９）ＤＭ０１カード８１ｐは、走行記録や異常記録をメモリするカードであるから、今回の不整脈の原因には該当しない。
【００２３】
以上１）〜９）の消去法により、ＰＣ０４カード８１ｍ又はＧＰ０８カードが故障している可能性が高いということになる。
このようにして、制御回路１００の異常部位が特定される。
【００２４】
以上より、本実施形態における試験方法及び試験装置１０によれば、インバータ４，５を駆動し、モータ６を駆動しない試験電圧をインバータ４，５に供給して試験を行うことから、車両の走行に必要な大電力を供給したり、車両を走行させたりする必要がなく、車両を停止させた状態で、制御回路１００を迅速かつ容易に試験することができる。
また、車両を走行させて試験する場合と比較して、負荷（モータ６）の変動の影響を受けることなく、高精度に試験を行うことができる。
また、インバータ出力信号について、各相Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１及びＵ２，Ｖ２，Ｗ２ごとの波形の異常により、制御回路１００の異常を判定することから、制御回路１００の以上部位を容易に検出することができる。
【００２５】
なお、本実施形態においては、インバータ出力信号の波形を、試験者が判定するものとしているが、これに限ることはなく、試験装置１０がインバータ出力信号に基づいて、上記と同様にして判定してもよい。この場合、インバータ出力信号の振幅値などが、連続する時間ごとに所定の値を超えて変化している場合や、各相Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１及びＵ２，Ｖ２，Ｗ２ごとの異常の周期性などから、不整脈を判定する。そして、判定した不整脈のパターンと、あらかじめ記憶された不整脈パターンと故障部位との対応テーブルに基づいて、試験装置１０が故障部位を検出する。
なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る試験方法及び試験装置が設置される駆動系の回路を示す説明図である。
【図２】本発明に係る試験方法及び試験装置の試験対象となる制御回路を示すブロック図である。
【図３】図２の無接点制御装置を示すブロック図である。
【図４】本発明に係る試験装置を示す平面図である。
【図５】インバータ出力信号の波形を示す図であって、制御回路が正常なときの適正な波形を示す波形図である。
【図６】インバータ出力信号の波形を示す図であって、各相の一つの相のみに異常が現れているときの波形を示す波形図である。
【図７】インバータ出力信号の波形を示す図であって、各相に不整脈が現れているときの波形を示す波形図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    パンタグラフ
４，５  インバータ
６    モータ（鉄道用３相電動機）
７    ノッチ
８    制御部
１０  試験装置
１１，１２  入力部（検出部）
１３  表示部（検出部）
１４  出力部（電圧供給部）
１００  制御回路
【図１】
2010017024.tif 000003
【図２】
2010017024.tif 000004
【図３】
2010017024.tif 000005
【図４】
2010017024.tif 000006
【図５】
2010017024.tif 000007
【図６】
2010017024.tif 000008
【図７】
2010017024.tif 000009